Aké látky sú vodičmi elektrického prúdu. vodiče a izolátory. Elektrický obvod a jeho prvky

25.07.2018

VODIČI

Klasifikácia vodičov

V súčasnej fáze neexistuje všeobecne akceptovaná klasifikácia vodivých materiálov. Existuje však rozdelenie vodičov podľa mechanizmu prechodu prúdu. Ak je prúd spôsobený driftom voľných elektrónov pod vplyvom elektrického poľa, potom sa takéto vodiče nazývajú vodiče s elektronickou elektrickou vodivosťou alebo vodiče prvého druhu. Vodičmi druhého druhu sú elektrolyty, ktorých prechod prúdu je spôsobený iónovou elektrickou vodivosťou a je známe, že je spojený s prenosom hmoty v súlade s Faradayovými zákonmi. Preto sa zloženie elektrolytu postupne mení a na elektródy sa uvoľňujú produkty elektrolýzy.

Vodiče s elektronickou elektrickou vodivosťou, ako viete, sú kovy a kovové zliatiny. Kovové vodiče vo fyzike, chémii, technológii sú klasifikované podľa rôznych kritérií:

1) podľa zloženia ( čisté kovy a zliatiny);

2) podľa hodnoty vodivosti(vodiče s vysokou vodivosťou, ktoré majú merný odpor pri 20 os najviac 0,05 μΩ m, a vodiče s vysokým odporom, v ktorých hodnota merného odporu pri 20 os nie je menšia ako 0,3 μΩ m);

3) podľa polohy v periodickom systéme prvkov D.I. Mendelejev(alkalické kovy, ušľachtilé kovy, kovy alkalických zemín, viacmocné jednoduché, aktinidy, prechodné a vzácne zeminy);

4) podľa štruktúrnych znakov elektrónových obalov: normálne a prechodné kovy. Do prvej skupiny patria kovy používané na drôty, vodiče káblov, vinutia elektrických strojov a transformátorov.

Do druhej skupiny patria prvky 5. skupiny periodickej sústavy prvkov (bizmut, antimón, arzén), ktoré zle vedú prúd (dokonca sa im niekedy hovorí polokovy). Do tejto skupiny patria aj vysoko odolné kovy a zliatiny, široko používané na výrobu odporov a elektrických ohrievačov. vlákna žiaroviek atď.

Do tretej skupiny patria alkalické kovy(sodík, draslík a iné podskupiny 1a) a ušľachtilé, ktoré vo fyzike zahŕňajú len jednomocné kovy podskupiny 1b atď.

Štvrtá skupina. Keď sa radový počet chemických prvkov v periodickom systéme zvyšuje, elektrónové obaly sa plnia v poradí určenom kvantovou mechanickou teóriou. Pri niektorých radových číslach sa však ukazuje, že energie dvoch susedných škrupín sú veľmi blízko, vďaka čomu nie je naplnená ďalšia, ale nasledujúca škrupina ako prvá. Prvky s takýmto „zlyhaním“ sa nazývajú prechodné. V periodickej tabuľke tvoria niekoľko riadkov: od skandia cez nikel až po ytrium- paládium, lantán- platina, ako aj vzácne zeminy či lantanoidy (od céru po lutécium). Ostatné kovy sa nazývajú normálne.

Všetky plyny a pary, vrátane kovových pár, nie sú vodičmi pri nízkej intenzite poľa. Ak však intenzita poľa prekročí určitú kritickú hodnotu, pri ktorej začína fotónová a nárazová ionizácia, plyn sa stáva vodičom s elektronickou a iónovou elektrickou vodivosťou. Silne ionizovaný plyn, keď sa počet elektrónov rovná počtu kladných iónov na jednotku objemu, sa ukazuje ako špeciálne vodivé médium, takzvaná plazma.

Elektrická vodivosť kovov

Keď je kov vystavený elektrickému (alebo magnetickému)) polia (alebo teplotné rozdiely) vznikajú v ňom toky nabitých častíc a energie. Javy výskytu týchto tokov alebo prúdov sa zvyčajne nazývajú kinetické efekty alebo prenosové javy, inak- transportné efekty, čo znamená pôsobenie stacionárnych polí na stacionárne vodiče. V tomto prípade je prúd alebo prietok úmerný potenciálnemu rozdielu (alebo teplotnému rozdielu) a faktor úmernosti je určený iba geometrickými rozmermi vodiča a fyzikálnymi vlastnosťami samotného kovu. Pri jednotkových geometrických rozmeroch tento koeficient závisí len od vlastností daného kovu a je jeho základnou fyzikálnou charakteristikou, ktorá sa nazýva kinetický koeficient. Keď sa vodič nachádza v striedavom poli, prúdy v ňom vznikajúce závisia nielen od geometrických rozmerov a kinetického koeficientu, ale aj od frekvencie striedavého poľa, tvaru vodiča a vzájomnej polohy prvkov. elektrický obvod. Odpor vodiča so striedavým prúdom výrazne závisí od jeho frekvencie v dôsledku spinového efektu- posun prúdu od stredu vodiča k okraju. Z mnohých možných kinetických javov sú v technológii najznámejšie dva: elektrická vodivosť- schopnosť látky viesť konštantný elektrický prúd pod vplyvom elektrického poľa, ktoré sa v čase nemení, a tepelná vodivosť- podobne s ohľadom na teplotný rozdiel a tepelný tok. Oba tieto javy sú vyjadrené (kvantitatívne)) Ohmove a Fourierove zákony:

j =gE; w = k T.

Kde j- prúdová hustota, A/m; g- kinetický koeficient elektrickej vodivosti (pozri v časti „Dielektrika“, kde je jeho názov- špecifická elektrická vodivosť); E- intenzita elektrického poľa V/m; w - hustota tepelného toku; T je teplotný rozdiel; k je súčiniteľ tepelnej vodivosti.

V praxi sa zvyčajne používa elektrický odpor alebo jednoducho odpor, ohm m.

r = 1 / g.

Pre vodiče je však povolené použiť nesystémovú jednotku merania Ohm mm 2 / m, alebo sa odporúča použiť rovnakú jednotku SI µOhm / m. Prechod z jednej jednotky na druhú v tomto prípade: 1 Ohm m \u003d 10 6 μOhm m \u003d 10 6 Ohm mm 2 / m. Odpor vodiča ľubovoľných rozmerov s konštantným prierezom je určený:

R=rl/s,

Kde l je dĺžka vodiča, m; S je plocha vodiča, m 2.

Kovy sú zvyčajne charakterizované ako plastické hmoty s charakteristickým "kovovým" leskom, dobrými vodičmi elektrického prúdu a tepla. Pre elektrickú vodivosť kovov sú typické: nízka hodnota rezistivity pri normálnej teplote, výrazný nárast odporu so zvyšujúcou sa teplotou, celkom blízko priamej úmernosti; pri poklese teploty na teplotu blízku absolútnej nule klesá odpor kovov na veľmi malé hodnoty, ktoré sú pre najčistejšie kovy až 10 -3 alebo aj menší zlomok odporu pri normálnych, + 20 0 C, teplotách. . Vyznačujú sa tiež prítomnosťou vzťahu medzi elektrickou vodivosťou a tepelnou vodivosťou, ktorý empirický Wiedemann-Franzov zákon popisuje ako pomer k / g približne rovnaké pre rôzne materiály pri rovnakej teplote. Podiel delenia k /gna absolútnej teplote T (L 0 = k / ( g T)). sa nazýva Lorentzovo číslo, je (pre všetky kovy) hodnotou, ktorá sa pri všetkých teplotách len málo líši.

Teória kinetických javov v kovoch dokáže vysvetliť tvar závislostí kinetických koeficientov od teploty, tlaku a iných faktorov, dá sa použiť aj na výpočet ich hodnôt. Za týmto účelom zvážte vnútornú štruktúru kovov.

Základná myšlienka tohto odvetvia fyziky vznikla na prelome 19. - 20. storočia: atómy kovov sú ionizované a valenčné elektróny z nich oddelené sú voľné, t.j. patria celému kryštálu. Ióny sú prísne usporiadané, tvoria pravidelnú kryštálovú mriežku; ich interakcia so záporne nabitým oblakom voľných elektrónov je taká, že kryštál robí stabilný, stabilný útvar. Prítomnosť voľných elektrónov dobre vysvetľuje vysokú elektrickú vodivosť kovov a ich delokalizácia zabezpečuje vysokú plasticitu. Preto je najcharakteristickejším znakom vnútornej štruktúry kovové vodiče je prítomnosť kolektivizovaných elektrónov, čo potvrdzuje ich elektrónovú štruktúru. Vo svojom najjednoduchšom modeli je zber kolektivizovaných elektrónov vysvetlený ako elektrónový plyn, v ktorom sú častice v chaotickom tepelnom pohybe. Rovnováha vzniká (ak zanedbáme zrážky medzi elektrónmi) v dôsledku zrážky elektrónov s iónmi. Pretože tepelný pohyb nie je úplne usporiadaný, potom napriek náboju elektrónov nie je pozorovaný prúd v obvode (makroskopický). Ak externý elektrické pole, potom sa voľné elektróny, ktoré dostali zrýchlenie, zoradia do usporiadanej zložky, ktorá je orientovaná pozdĺž poľa. Keďže ióny v miestach mriežky sú nehybné, usporiadanosť pohybu elektrónov sa prejaví ako makroskopický elektrický prúd. Špecifickú vodivosť v tomto prípade možno vyjadriť s prihliadnutím na strednú voľnú dráhu l elektrón v urýchľujúcom poli intenzity E:

l = eEt/(2 m) akog= e 2 nl/ (2 mv t ),

kde e- elektrónový náboj; n- počet voľných elektrónov na jednotku objemu kovu; l- stredná voľná dráha elektrónu medzi dvoma zrážkami; m- hmotnosť elektrónov; v t - priemerná rýchlosť tepelného pohybu voľného elektrónu v kove.

Berúc do úvahy ustanovenia kvantovej mechaniky

g \u003d K p 2/3 / l,

kde K- číselný faktor.

Rozsah odporu kovových vodičov pri normálnej teplote je iba tri rády. Pre rôzne kovy sú rýchlosti chaotického tepelného pohybu elektrónov pri určitej teplote približne rovnaké. Koncentrácie voľných elektrónov sa mierne líšia, takže hodnota rezistivity závisí najmä od strednej voľnej dráhy elektrónov v danom vodiči a je určená štruktúrou materiálu vodiča. Všetky čisté kovy s najpravidelnejšou kryštálovou mriežkou majú minimálne hodnoty odporu. Nečistoty, ktoré deformujú mriežku, vedú k zvýšeniu odporu

Teplotný koeficient odporu alebo priemerný teplotný koeficient odporu je vyjadrený ako

a = 1 / r (dr / dt); a ` = 1 / r (r 2 - r 1) / (T 2 - T 1),

kde r 1 a r 2 - špecifické odpory vodiča pri teplotách T1 a T2 pri T2 > T1.

Technické príručky zvyčajne uvádzajú hodnotu a `, pomocou ktorého môžete približne určiť r pri ľubovoľnej teplote T:

r= r 1 (1 + ar'(T-Ti)).

Tento výraz udáva presnú hodnotu rezistivity p len pre lineárnu závislosť r (T). V ostatných prípadoch je táto metóda približná; je to tým presnejšie, čím užší je teplotný interval použitý na určenie a r `. Odpor väčšiny kovov, ktoré pri tavení zväčšujú svoj objem, znižuje ich hustotu. V kovoch, ktoré pri tavení zmenšujú svoj objem, sa rezistivita znižuje; takéto kovy zahŕňajú gálium, antimón a bizmut.

Odpor zliatin je vždy väčší ako odpor čistých kovov. Je to badateľné najmä vtedy, ak pri fúzii vytvoria tuhý roztok, t.j. počas tuhnutia spolu kryštalizujú a atómy jedného kovu vstupujú do mriežky druhého kovu. Ak zliatina dvoch kovov vytvorí oddelenú kryštalizáciu a stuhnutý roztok- zmes kryštálov každej zo zložiek, potom špecifická vodivosť g takejto zliatiny sa mení takmer lineárne so zmenou zloženia. V tuhých roztokoch táto závislosť(na obsahu každého z kovov) nie je lineárny a má maximum zodpovedajúce určitému pomeru zložiek zliatiny. Niekedy pri určitom pomere medzi zložkami tvoria chemické zlúčeniny.(intermetalické), zároveň nemajú kovový charakter elektrickej vodivosti, ale sú to elektronické polovodiče.

Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti vodičov sa určuje rovnakým spôsobom ako pre dielektrikum podľa vzorca

TC l =a(l) = l / l (dl / d T), (3,1)

kde TK l= a ( l)- teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti K -1 .

Tento koeficient musí byť známy, aby bolo možné vyhodnotiť prácu párovacích materiálov v rôznych prevedeniach, ako aj vylúčiť praskanie alebo porušenie vákuového spojenia kovu so sklom alebo keramikou pri zmene teploty. Okrem toho je zahrnutý do výpočtu teplotného koeficientu elektrického odporu drôtov

TC R= a ( R)= a(r) - a( l).

Zvyčajne pre čisté kovy a (r) » a (1), takže sa to dá aproximovať. ale zvážte to a( R)~a(r ), ale pre niektoré zliatiny s malými hodnotami a(r ), mal by sa použiť vzorec (3.1).

ThermoEMF vodičov

ThermoEMF nastáva, keď sa dva rôzne vodiče dostanú do kontaktu(alebo polovodičov), ak teplota ich spojov nie je rovnaká. Ak sú dva rôzne vodiče v kontakte, potom medzi nimi vzniká rozdiel kontaktného potenciálu. Pre kovy A a B

U cb - Uc+ K T / e ln (n 0 s / n o b ),

Kde U c a U b- potenciály kontaktovania kovov; koncentrácia elektrónov v zodpovedajúcich kovoch; TO- Boltzmannova konštanta; T- teplota; e - absolútna hodnota náboja elektrónu.

Ak je teplota kovových spojov rovnaká, potom je súčet rozdielu potenciálov v uzavretom okruhu nulový. Ak je teplota vrstiev odlišná (napr. T2 a T1), potom v tomto prípade

U\u003d K/e (T 1 – T 2) ln (n c / n b). (3.2)

Termočlánkové zliatiny prichádzajú v rôznych kombináciách, vrátane jednej elektródy z čistého kovu. Najbežnejšie sú nikel a zliatiny medi a niklu. Pre teploty v rozmedzí 1000 - 1200 0 С sa používajú termočlánky chromel - alumel (ТХА), pri vyšších teplotách platino - platino-ródiové elektródy; v týchto zliatinách sa ródium pohybuje od 6,7 do 40,5 %. Značky takýchto termočlánkov sú nasledovné: PlRd-7, PlRd-10, PlRd-30, PlRd-40.

Materiály s vysokou vodivosťou

Spomedzi vysokovodivých kovov sú najpoužívanejšie meď a hliník. Meď sa vďaka svojmu nízkemu odporu (najmenší medzi kovmi, okrem striebra) používa ako vodivý materiál; okrem toho má dostatočne vysokú mechanickú pevnosť, vysokú odolnosť proti korózii a dobrú opracovateľnosť (valcovanie, ťahanie, kovanie, ako aj spájkovanie a zváranie). Výroba medi je založená na spracovaní medených rúd- oxidové a sulfidové zlúčeniny medi, hoci meď sa môže vyskytovať v prírode a vo svojom prirodzenom stave.

Mechanickou pevnosťou sa rozlišuje pevná meď nežíhaná- MT a mäkko žíhaná meď- MM. Podľa obsahu chemických nečistôt je meď rozdelená do tried podľa GOST 859- 78. Elektrické charakteristiky medi sú nasledovné: merná vodivosť najčistejšej elektrolytickej medi pri 20 0 C- 59,5 MSm/m; špecifická vodivosť žíhanej štandardnej medi pri 20- 58 MSm/m; odpor štandardnej medi pri 20 0 C- 0,017241 μΩ m; teplotný koeficient odporu pri 0..150 °С a(r). 10 – 4,3 1 / TO; pomer odporu roztavenej medi k odporu pevnej medi pri tavení t- 2,07; termoEMF vo vzťahu k platine pri teplote studeného spoja О 0 С- 0,14 mV; pracovná funkcia elektrónov- 4,07 ... 4,61 kV z kovu; Lorentzovo číslo L 0 .= 2.45.10-8 V 2 / K 2. Pri nízkych teplotách je odpor medi veľmi malý, ale nemá supravodivosť. Lorentzove číslo nie je konštantné a klesá s klesajúcou teplotou, avšak pri T < 100 0 K sa opäť zvýši. V elektrotechnike sa meď používa na výrobu vodičov, prípojníc rozvádzačov, prúdových častí prístrojov a elektrických prístrojov a anód pri galvanickom pokovovaní. V elektronickej technike sa meď vyrába z: anód generátorových lámp(s núteným chladením); stojany na antikatódy röntgenových trubíc; traverzy mriežok prijímacích zosilňovacích lámp, všetky externé vstupy s prúdom; vodivá časť dosiek plošných spojov a pod. Meď sa používa v spojoch so sklami, má síce lineárny koeficient rozťažnosti väčší ako sklá, ale má nízku medzu klzu, mäkkosť a vysokú tepelnú vodivosť. Na spájkovanie do skla má medená elektróda špeciálny tvar vo forme tenkého lemu (tzv. welt junctions). Na zvýšenie mechanickej pevnosti sa meď používa vo forme zliatin bronzu a mosadze.

Pri výrobe konštrukčných a vodivých častí zariadení a prístrojov (vrátane držiakov kefiek a zberných dosiek) sa používajú tieto bronzy: cínový bronz, spracovaný tlakom(GOST 5017 - 74); odlievanie bronzov (GOST 613- 79); bezcínových odlievacích bronzov(GOST 493 - 79). Vodivé bronzy sa používajú na výrobu kontaktov, trolejových drôtov, svoriek a elektród. Mosadz sú zliatiny medi a zinku a podobne ako bronzy majú vyššiu mechanickú pevnosť a vyššie hodnoty elektrického odporu. Mosadz sa delí na tlakovo spracované a zlievarenské. Zvyčajne sú spájkované mäkkými a tvrdými spájkami a umožňujú elektrické a plynové zváranie. Značky tlakovo upravenej mosadze sú definované GOST 15527-70 a zlievareň- GOST 17711-80. Druhou najdôležitejšou elektrickou vodivosťou po medi pri normálnej teplote je hliník. Pri nízkych teplotách sa stáva ešte vodivejším ako meď; k tomu dochádza pri teplote okolo 70 0 K. Triedy a stupne primárneho hliníka sa stanovujú v závislosti od spôsobu výroby a jeho chemické zloženie. Hliník triedy A999 je obzvlášť čistý, v ktorom sú nečistoty iba 0,001% a čistý hliník obsahuje najmenej 99,999%. existujú štyri druhy chemicky čistého hliníka, v ktorých je množstvo každej nečistoty normalizované, napríklad stupeň A995; čistý hliník nie menej ako 99,995 %, nečistoty (nie viac ako); železo 0,0015%, kremík- 0,0015%, meď - 0,001 % zinku 0,001 % titánu- 0,001 %. V tomto prípade by celkové množstvo nečistôt nemalo presiahnuť 0,00 5 %. Existuje osem tried technicky čistého hliníka. Najbežnejší hliník triedy AE, ktorý by mal zabezpečiť drôt vyrobený z neho a žíhaný pri teplote 350 - 20 ° C, elektrický odpor pri teplote 20 0 C nie je väčší ako 0,028 μOhm m. Podľa GOST 4784- 74 ‚ Tvárnené hliníkové zliatiny Existujú štyri druhy zliatin, ktorými sú hliník so štandardizovaným množstvom nečistôt. Stupne ADOS, ADO, Ad1 a Ad, v ktorých hliník musí byť najmenej 99,7 %, 99,5 %, 99,3 % a 98,8 %, v tomto poradí.

Elektrické vlastnosti hliníka sú nasledovné: pri 20 °C špecifická vodivosť čistého hliníka (žíhaného pri 320 °C počas 3 hodín) je 38 MSm/m; špecifický odpor p hliníka AB 0,028 μOhm-m; teplotný koeficient odporu pri 0 …. 150 0 C a (r) 10 -3 \u003d 4 1 / TO; pomer odporu roztaveného hliníka k odporu pevného hliníka pri teplote topenia- 1,64; pracovná funkcia- 4,25 eV; Lorentzove číslo L 0 \u003d 2,1 10 -8 V 2 / K 2.

Pri normálnej teplote, rovnakých prierezoch a dĺžkach je elektrický odpor hliníkového drôtu 1,63-krát väčší ako u medeného drôtu. To znamená, že na to, aby ste získali hliníkový drôt s rovnakým odporom ako má meď, musíte zobrať jeho prierez 1,63-krát väčší, t.j. jeho priemer by mal byť 1,3-krát väčší. Pri obmedzených rozmeroch výrobkov nie je možné v nich nahradiť meď hliníkom, ale na druhej strane hmotnosť dvoch medených a hliníkových drôtov rovnakej dĺžky a elektrického odporu ukazuje, že hliník, hoci je hrubší ako meď, váži asi 2 krát menej.

V elektrotechnike hliník nahradil drahú meď. Používa sa na výrobu elektrických vodičov, káblov, tenkovrstvových a iných vodivých výrobkov, ako vinutia pre asynchrónne motory, na výrobu zliatin, na výrobu kondenzátorov a kondenzátorových fólií, na elektrovákuovú techniku (elektródy v iskriskách, katódy v iónových röntgenových trubiciach) atď.

Valcovanie, ťahanie a žíhanie hliníka sú podobné ako tieto operácie na medi; hliník sa dobre varí, ale nespája sa konvenčnými metódami. Na vzduchu aktívne oxiduje a pokryje sa tenkým oxidovým filmom s veľkým elektrický odpor. Tento film, ktorý chráni hliník pred ďalšou koróziou, vytvára veľký kontaktný odpor na kontaktných miestach hliníkových dielov a sťažuje ich spájkovanie. Na spájkovanie hliníka sa zvyčajne používajú ultrazvukové spájkovačky, špeciálne spájky. V miestach kontaktu medzi meďou a hliníkom, najmä vplyvom vlhkosti, sa vytvára lokálny galvanický pár, ktorého polarita je taká, že prúd tečie z hliníka do medi.(na vonkajšom povrchu), a hliník je skorodovaný. Na ochranu pred koróziou je potrebné starostlivo izolovať spoje medi a hliníka(napríklad lak). Napriek tomu, že hliník má nízku mechanickú pevnosť, jeho zliatiny majú zvýšenú mechanickú pevnosť.

Zliatiny sa delia na kovaný hliník (GOST 4784-74) a liaty hliník (GOST 2685-75). Prvé sú určené na výrobu hotových výrobkov (tyče, profily, pásy, plechy, drôty, panely, rúry, výlisky a výkovky).) pracovné metódy za studena alebo za tepla. Po druhé- na výrobu tvarových odliatkov.

Materiály s vysokou vodivosťou zahŕňajú veľkú skupinu kovov používaných v elektrotechnike (možno ich nájsť v príslušnej literatúre), ale z hľadiska masového použitia sa nedajú porovnávať s hliníkom a meďou.

Kryovodiče a supravodiče

Kryovodiče a supravodiče zahŕňajú kovy pracujúce pri veľmi nízkej teplote(kryogénne) teploty blížiace sa k absolútnej nule. Fenomén supravodivosti objavil W. Kamerling-Onnes v roku 1911. Zistil, že pri ochladení na teplotu skvapalňovania hélia odpor zmrznutej ortuti náhle klesne takmer na nulu, v každom prípade na hodnotu takú malú, že nedokáže merať. V súčasnosti je známych 35 takýchto kovov a veľké množstvo zliatin a chemických zlúčenín, v ktorých sa pri veľmi nízkych teplotách vodivosť stáva prakticky nekonečnou. Prítomnosť takejto vodivosti v látke sa nazýva SUPERVODIVOSŤ a teplota, pri ktorej látka prechádza do supravodivého stavu, sa nazýva teplota supravodivého prechodu.(Tc). Látky, ktoré prechádzajú do supravodivého stavu, sa nazývajú supravodiče. Tento prechod je reverzibilný: keď teplota stúpne na hodnotu T c, supravodivosť zmizne a látka sa vráti do normálneho stavu s konečnou hodnotou elektrickej vodivosti. g . Moderná teória supravodičov vysvetľuje tento jav vzájomnou interakciou elektrónov cez kryštálovú mriežku a vznikom viazaných párov elektrónov, t.j. Cooperove páry. V dôsledku elektrostatickej príťažlivosti elektrón k sebe mierne priťahuje najbližší ión, ktorý zase priťahuje ďalší elektrón k sebe.(na druhej strane non). Tieto dva elektróny majú opačné spiny.(a impulzy). Zároveň sa navzájom odpudzujú a sú obvinení z rovnakého mena. V niektorých kovoch je pri veľmi nízkych teplotách príťažlivosť cez mriežku silnejšia ako toto odpudzovanie a elektróny sú viazané v pároch. Pretože väzbová energia elektrónov v páre je nízka, potom každý takýto pár existuje obmedzený čas. potom sa zničí, ale vo všeobecnosti sa energia elektronického systému v dôsledku tohto párovacieho procesu zníži a kov prechádza do supravodivého stavu. V tomto prípade elektrónové páry nezaznamenajú rozptyl, čo vedie k takmer úplnému vymiznutiu odporu. Prúd indukovaný v uzavretom supravodičovom obvode môže existovať ľubovoľne dlho. Supravodiče sú v tomto prípade ideálne diamagnety: magnetické pole prenikajúce do vodiča pri bežnej teplote sa z neho v supravodivom stave vytlačí za predpokladu, že sila vonkajšieho magnetické pole nepresahuje určitú kritickú hodnotu H s. V opačnom prípade bude supravodivý stav zničený. V závislosti od charakteru prechodu zo supravodivého stavu do normálneho stavu s rastúcim magnetickým poľom existujú supravodiče 1. druhu - olovo, ortuť, indium, cín, hliník, pri ktorých prechod do normálneho stavu nastáva náhle a supravodiče 2. druhu, v ktorom k tomuto prechodu dochádza postupne(niób, vanád a technécium, ako aj veľké množstvo zliatin a chemických zlúčenín). Fenomén supravodivosti bol zistený u niektorých látok, ktoré tento efekt nemajú pri normálnom tlaku, keď sú vystavené vysokému hydrostatickému tlaku. Supravodivé vlastnosti boli zaznamenané v polovodičoch, napríklad indium antimonide InSb, a dokonca aj v dielektrikách- síra a xenón (tabuľka 3.1).

Tabuľka 3.1. Parametre supravodičov

supravodiče	Teplota prechodu T s, K	Kritická hodnota indukcie, V s, T l
hliník Al	1,2	0,01
Cín sn	3,7	0,031
Indium In	3,4	0,03
Merkúr hg	4,2	0,46
Viesť Pb	7,2	0,08

Okrem supravodivosti využíva moderná elektrotechnika KRYOCONDUCTIVITY, t.j. práca kovu pri kryogénnych teplotách, keď sa odpor stáva veľmi malým, ale je konečnou hodnotou. Kovy, ktoré majú túto vlastnosť, ale neprechádzajú do supravodivého stavu, sa nazývajú KRYOVODIČOV. na získanie vysokokvalitných kryovodičov je potrebná vysoká čistota kovu. Spravidla sa používajú kovy, ktoré majú pri kryogénnych teplotách(ktoré sú nad teplotou supravodivosti) najnižší odpor. Patria sem: pri teplote kvapalného vodíka- hliník a pri teplote kvapalného dusíka berýlium(20,3 a 77,4 K).

Vysoko odolné materiály

Vysoko odolné materiály zahŕňajú kovy a zliatiny používané pre elektrické meracie prístroje, odpory. Okrem vysokého merného odporu by mali mať vysokú stabilitu odporu v čase, nízky teplotný koeficient merného odporu a nízky termoelektrický výkon v páre s meďou. Niekedy musia pracovať pri vysokých teplotách, byť technologicky vyspelé a pokiaľ možno neobsahujú drahé komponenty. Odporové materiály musia mať vysoký odpor. majú vysokú odolnosť proti korózii, vysokú stabilitu a nízky termoelektrický výkon v páre s meďou. Je veľmi dôležité, aby boli tieto požiadavky splnené, ak sa má materiál vyrábať príkladné a prídavné odpory a bočníky elektrických meracích prístrojov. pre variabilné nízkoodporové odpory je potrebné mať veľmi malý a stabilný(v čase) prechodový odpor. V závislosti od účelu, prevádzkových podmienok, berúc do úvahy nominálny odpor, sa ako materiály pre odpory používajú kovy a zliatiny s vysokým odporom, ako aj oxidy kovov, uhlík, kompozitné materiály.(niekedy na báze drahých kovov- platina, paládium, zlato a striebro). Štrukturálne sú rezistory vyrobené vo forme objemových prvkov, drôtov rôznych priemerov a filmu naneseného na dielektrickú základňu.(substrát). pre filmy, parameter- odpor na štvorec, alebo odpor na štvorec(alebo špecifický povrchový odpor), číselne sa rovná odporu časti fólie, ktorej dĺžka sa rovná jej šírke, keď prúd tečie rovnobežne s povrchom substrátu. Odpor štvorca je určený vzorcom

Rk =r / d , (3.3)

kde r- merný objemový odpor filmu hrúbky d.

Pre odpory a termočlánky sú najbežnejšie zliatiny manganínového typu. Ide o zliatiny na báze niklu a medi a niklu. správny manganín- najbežnejšia zliatina pri výrobe presných rezistorov. Manganín značky MNMtsZ-12 obsahuje: mangán 11,5- 13,5 %, nikel a kobalt 2,5- 3,5 %, ostatné % - meď. Zvyčajne sa na zlepšenie stability charakteristík žíha pri teplote 400 °C počas 2 hodín vo vákuu alebo v neutrálnych plynoch.(argón, dusík) s pomalým chladením. Drôt ťahaný za studena sa podrobí 10-hodinovému starnutiu pri teplote 140 0 C. Okrem toho je potrebná dlhá expozícia manganínu pri izbovej teplote, asi 1 rok. Hlavné vlastnosti manganínu tejto značky sú nasledovné: pri 20 0 C odpor

r= 0,48 μΩ m: teplotný koeficient odporu pri rovnakej teplote a r = (5 - 30) 10 -6 1 / K, termoEMF vo vzťahu k medi je 1 μV 1 / K +1: T tavenina= 960 0 С, najvyššia prípustná prevádzková teplota (nepretržite) TP 300 0 C.

Do tejto skupiny zliatin patrí aj Constantan, ktorý však obsahuje len 1 mangán- 2%, nikel - 39 - 41%, zvyšok % - meď. Značka Constantan- MNMc40-1,5. Jeho hlavné vlastnosti: r \u003d 0,48 - 0,52 μOhm m; a r \u003d (5 - 25) 10 -6 1 / K; T otrok = 450 0 С; thermoEMF spárovaný s meďou je pomerne vysoký a dosahuje 45- 55 µV 1 / K. čo je nevýhoda pri použití v meracích obvodoch, ale výhoda pri termočlánkoch.

Rezistory na báze kremíka sú zvyčajne tenké vrstvy. Boli na ne použité tieto triedy zliatin: RS-4800, RS-370, RS3001, RS-1714, RS-1004, ako aj viaczložkové zliatiny, pozostávajúce z kremíka, železa, chrómu, niklu, hliníka a volfrámu (typ MLT). V označení značiek písmená znamenajú: RS odporová zliatina, prvé dve číslice- nominálny obsah hlavnej legujúcej zložky, ostatné dve- to isté pre druhú zložku. Zliatiny vo forme práškov sú určené na výrobu tenkovrstvových rezistorov a iných pomocných vrstiev v elektronike odparovaním a kondenzáciou vo vysokom vákuu. Rezistory zo zliatiny MLT sa vyrábajú tepelným vákuovým odparovaním z volfrámových výparníkov a kondenzáciou filmu na dielektrických substrátoch. Na zvýšenie merného odporu zliatin sa do nich často zavádzajú oxidy kovov. Na získanie požadovaných vlastností sa filmy po nanesení tepelne upravujú. Pri hrúbke filmu 0,1 až 1 μm je možné získať štvorcový odpor od desiatok Ohm m do 35 kOhm pri a r = (2,5 - ± 4) -10 -4 1 / K. Zliatina MLT-ZM je bežná v mikroobvodoch, má štvorcový odpor R\u003d 200 - 500 ohmov.

Pre elektrické vykurovacie telesá sa používajú najmä zliatiny na báze železa, niklu, chrómu a hliníka. Sú tepelne odolné s vysokou rezistivitou a delia sa na: nikel-chróm (nichróm); nikel-chróm, legovaný hliníkom, železo-chróm-nikel a železo-chróm-hliník(kríhal). Všetky tieto vlastnosti zliatin závisia od ich chemického zloženia. Takže pre nichrom značku X20H80 (chróm- 15 - 18%, nikel - 55 - 61%, mangán - 1,5%, zvyšok - železo) rezistivita r \u003d (1,1-1,2) μΩ m; r = (100 - 200) 10-6 1/K; limit T slave\u003d 1000 0 C. Pre chromé značky X23Yu5(chróm - 22 -25%, nikel- 0,6%, mangán - 0,7%, hliník - 4,5 - 5,5%) rezistivita r \u003d (1,3 - 1,5) μOhm m; a r = 65 10 -6 1 / K a limit T slave= 1200 0 C. Nichrómy sú odolné voči oxidácii na vzduchu pri vysokých teplotách, pretože na ich povrchu sa vytvorí ochranný oxidový film S r O + Ni O s teplotným koeficientom lineárnej rozťažnosti blízkym a r = 1 zliatina. Pre túto vrstvu oxidov sú však nebezpečné tepelné šoky, pričom fólia praská, preniká tam kyslík.- dochádza k ďalšej oxidácii a znižuje sa životnosť zliatiny. Železo-chróm-hliníkové zliatiny všetkých stupňov krehnú v teplotnom rozsahu od 450 do 500 0 C, čo je spojené s uvoľňovaním formácií s vysokým obsahom chrómu v štruktúre(asi 80 %). Túto krehkosť je možné odstrániť zahriatím lávy až na 750 g.- 800° C s následným ochladením vo vode.

Pre všetky zliatiny sú agresívne médiá obsahujúce fosfor, halogenidy a síra, okrem zliatin železa, chrómu a hliníka, pre ktoré sú prípustné plyny obsahujúce síru.

Pre tepelne odolné materiály a vykurovacie telesá sa zvyčajne používajú karbidy a silicidy žiaruvzdorných kovov.- niób, zirkónium, tantal a hafnium. Rúrkové, tyčové a Y-tvarované ohrievače s dĺžkou do 600 mm, vonkajším priemerom do 18 mm a hrúbkou steny 2–3 mm sú vyrobené z karbidu nióbu práškovou metalurgiou. Pece s takýmito ohrievačmi pracujú vo vákuu až do 2500 0 С a v argóne - do 3000 ° C. Karbid zirkónia pracuje pri približne rovnakých teplotách. Teplota topenia karbidu nióbu mínus 3760 °C, zirkónium- 3530 0 С, tantal - 3880 0 С a hafnium - 3890 О С . Pri izbovej teplote sú karbidy inertné voči zásadám a kyselinám. Z nekovových ohrievačov sa najčastejšie používajú selitové a globárne z karbidu kremíka, čo sú polovodičové zlúčeniny. Ich T otrok\u003d 1400 - 1500 0 С; pri tejto teplote je životnosť takýchto ohrievačov asi 1500- 2000 hodín Silicídy sú zlúčeniny kremíka hlavne s kovmi. Tieto zlúčeniny sú široko používané v elektrotechnike, metalurgii, kozmickom, elektronickom a jadrovom inžinierstve. V elektrotermii je najobľúbenejší disilicid molybdénu(Po- Si) , ktorý vo výrobkoch môže fungovať pri 1700 0 C v oxidačnom prostredí. Prvky sa vyrábajú aj práškovou metalurgiou. Vlastnosti disilicídu molybdénu: Odolnosť r= 0,2 μOhm m pri 20 0 С; pri 1600 0 С r= 0,8 μΩ m; teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti a 1 \u003d 8,25 10 -6 1 / K. Pri práci vo vákuu silicidy molybdénu disociujú, preto je ich použitie obmedzené a závisí od parciálneho tlaku kyslíka.

Tenzometre

Zliatiny. deformácie rôznych výrobkov používaných v meničoch pôsobením mechanických síl sa nazývajú tenzometrie. Základom činnosti tenzometrov je princíp zmeny odporu pri deformácii konštrukcie, na ktorú je tenzometer nalepený odhaduje sa koeficient tenzometra

d=DR/R/DL / L. alebo d = 1 +DR / ( rE S) / F + 2m, (3.4)

kde D R- zmena odporu R pri zmene D L dĺžka prvku L ; DR- zmena odporu r materiál snímača zaťaženia pod vplyvom zaťaženia F ; S- prierez vodiča prevodníka: E- modul Ionga; m- Poissonov pomer materiálu drôtu.

Najčastejšie používaný drôt na tenzometre sa cik-cak lepí na lak alebo papierový podklad.(priemer drôtu cca 0,02 0,05 mm). Olovené drôty, zvyčajne medené, sú spojené s koncami drôtu spájkovaním alebo zváraním. Zhora je snímač lakovaný. a držať sa produktu. Materiály drôtov môžu byť rôzne kovy a zliatiny. manganín, konštantan, nichróm, nikel, bizmut, platina-striebro alebo zliatiny titánu a hliníka, aj keď tieto sú bežnejšie používané pre tenzometre fólie(zliatina ALI9. D 20 a iné). Filmové tenzometre sa získavajú vákuovou sublimáciou materiálu a jeho následnou kondenzáciou na substráte. Fóliové tenzometre sa často používajú z veľmi tenkej fólie s hrúbkou 4-12 mikrónov, na ktorej sa leptaním vyberie časť kovu tak, že zvyšná časť tvorí takzvanú „mriežku“- cikcakový tenzometer.

Kontaktné materiály

Ako kontaktné materiály sa používajú čisté žiaruvzdorné kovy a rôzne zliatiny, ako aj cermetové kompozície. Najdôležitejšie kontakty slúžia na periodické zatváranie a otváranie elektrických obvodov, najmä vysoko presných. Podľa pracovných podmienok sa kontakty delia na pevné, nespojité alebo posuvné, majú rôzne požiadavky, a preto sa používajú rôzne materiály. Podľa hodnoty spínaného prúdu sa kontakty delia na nízky prúd - na jednotky ampérov a vysoký prúd- pre prúdy od jednotiek do tisícok ampérov. Kontakt musí byť spoľahlivým spojením dvoch vodičov schopných viesť elektrický prúd s malým a stabilným elektrickým odporom v čase.

Štruktúra kontaktnej plochy pozostáva z: "plošín" s kovom

kontakt, ktorého odpor je určený celkovým odporom kovov páru, tvoriaci kontakt, cez ktorý preteká prúd bez prechodového odporu; kontaktné podložky pokryté tenkými lepiacimi filmami, ktoré prenášajú prúd v dôsledku tunelového efektu; miesta pokryté filmami oxidov a sulfidov, ktoré sú izolačné a neprepúšťajú elektrický prúd. Celková kontaktná plocha, definovaná ako súčet týchto plôch, sa ukazuje byť výrazne menšia ako kontaktná plocha, ktorá predstavuje podmienenú kontaktnú plochu. V tomto prípade stav kontaktných plôch priamo ovplyvňuje prechodový odpor a zahrievanie kontaktov pri prechode prúdu cez ne. Kontaktný odpor viacbodového kontaktu s n kontaktnými plochami prvého typu, ak sú všetky zaťažené na medzu klzu materiálu kontaktu, sa určí podľa vzorca

Rn =r / 2 (ps / (n F )1/2, (3,5)

kde r- špecifický odpor materiálu kontaktu; s- medza klzu kontaktného materiálu v tlaku; n je počet kontaktných plôch; F - sila kontaktu c lisovanie.

Ak sú kontakty ploché, ich prechodový odpor je nepriamo úmerný prítlačnej sile F.

Hlavné príčiny opotrebovania kontaktov počas ich prevádzky závisia od prevádzkových podmienok. ale zredukovať na nasledujúcu eróziu kontaktov- porušenie tvaru pracovných plôch. prenos materiálu z jedného kontaktu do druhého, tvorba kráterov. výrastky a dokonca zaseknutie kontaktov; elektrické opotrebovanie kontaktov spôsobené elektrickým oblúkom, iskrenie Kontaktov pri otváraní a vibrácie kontaktov; mechanické opotrebenie spojené nielen s nárazovou silou kontaktov, ale aj s kontaktným tlakom a frekvenciou uzatvárania kontaktov; chemické opotrebenie, ktoré je ovplyvnené zložením prostredia, jeho vlhkosťou a teplotou na kontaktnej ploche; odtrhové zváranie v závislosti od sily kontaktného tlaku, vibrácií a tepelného účinku prúdu na kontakty, sily pri otváraní zváraných kontaktov a zlého uchytenia kontaktov k držiaku kontaktov. Ako materiály pre nízkoprúdové kontakty bežne sa používajú ušľachtilé a žiaruvzdorné kovy- striebro, platina, paládium, zlato, volfrám a ich zliatiny.

Väčšina ušľachtilých kovov sa zvyčajne používa na kontakty vo forme pokovovania(okrem striebra, ktoré možno použiť v čistej forme). Tvrdosť povlakov je v tomto prípade výrazne vyššia ako u hrubších kovových vrstiev. Napríklad pre striebro je tvrdosť podľa Brinella v hrubej vrstve asi 25 a vo forme galvanického povlaku môže dosiahnuť 100. Galvanizované povlaky sú odolnejšie voči opotrebovaniu v elektrickom poli. Hrúbka pokovovania sa zvyčajne pohybuje od 1 mikrónu do niekoľkých desiatok mikrometrov. Pre vysokoprúdové kontakty bežne sa používa meď, striebro, ich zliatiny, ako aj kompozitné materiály získané práškovou metalurgiou, pozostávajúce zo zložiek, ktoré nemajú vzájomnú difúziu a sú zvyčajne zmesou dvoch- tri fázy, z ktorých jedna je oveľa žiaruvzdornejšia ako druhá. Najbežnejšie kompozície sú striebro- oxid kademnatý; striebro- nikel; striebro - grafit; striebro - nikel - grafit; striebro - volfrám; striebro- oxid meďnatý; meď - volfrám; meď - grafit. Striebro a meď poskytujú vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť a žiaruvzdorná časť zvyšuje odolnosť kontaktov proti opotrebovaniu, tepelnú odolnosť a odolnosť voči zváraniu. nízkonapäťové zariadeniačasto používané striebro- oxid kademnatý; Pre vysoké napätie(oblúkové komory)- železo - meď - bizmut atď.

Hlavná Oblasti použitia kontaktné materiály:

striebro - relé, signálne zariadenie. telefónne a telegrafné zariadenia, magnetické štartéry, ovládanie žiariviek, kontakty pomocných obvodov stýkačov a magnetických štartérov a pod.;

strieborná meď - relé, telefónne relé, rádiové zariadenia atď.;

striebro meď - nikel - nástenné vypínače, pouličné signálne relé, prúdové meniče, relé pre automatizáciu a rádiové nastavenie, letecké svetelné a stredne náročné relé, elektromagnetické merače, automobilové a železničné signálne relé atď.;

striebro - kadmium - relé, spínače preťaženia a termostaty chladničiek, štartéry, tepelné spínače;

striebro - kadmium– nikel; striebro- kadmium- indium- relé v prúdovom rozsahu od desatín ampéra do 30 A;

striebro- paládium - signálne zariadenia, telefónne relé a dialery, ovládače TV, spínače a termostaty chladničiek, zberné krúžky atď.;

striebro- platina- rádiové zariadenia, elektromagnetické merače;

striebro- oxid zirkoničitý - spínače, okrúhlice pre prúdy od mA do 100 A;

platina- irídium- Bezoblúkové presné relé, hodiny, elektronické relé, námorné a automobilové regulátory rýchlosti, elektrické holiace strojčeky, termostaty a ohrievače, poplašné relé, telegrafné relé a požiarne poplašné zariadenia;

platina- ródium- generátory striedavý prúd(slaby prud);

platina- nikel- telefónne a telegrafné zariadenia;

zlato- striebro, zlato- striebro- platina- presné relé pracujúce bez oblúka, meracie prístroje, telefónne a telegrafné zariadenia, posuvné kontakty potenciometrov v slaboprúdovej technike;

volfrám- registračné pokladnice, prerušovače zapaľovania v automobiloch a traktoroch, merače oleja a benzínu, ovládacie relé v prístrojoch lietadiel, relé regulátorov napätia. hodiny, ďalekopisy, telegrafné relé, elektrické holiace strojčeky, vákuové spínače nízkeho a vysokého napätia. ortuťové spínacie elektródy;

striebro- oxid meďnatý- silne zaťažené striedavé a jednosmerné stýkače, automatické poistky, budova lokomotívy;

striebro- volfrám- magnetické štartéry a stykače s veľ

frekvencia inklúzií, prepínače domácich spotrebičov. ovládacie tlačidlá, vysokonapäťové spínače, kontakty výkonných riadiacich transformátorov, vysokovýkonné relé, spínače leteckých zariadení, štartéry, usmerňovače prúdu atď.;

meď- volfrám- vysokovýkonné olejové a vzduchové vysokonapäťové spínače, malé vysokonapäťové spínače, spínače lodných dverí, kontakty pre stroje na zváranie na tupo, vysokovýkonné olejové spínače pre oblúkové pece a meniče prúdu;

meď- molybdén- nízkoolejové vysokonapäťové ističe.

Tento riadokMôcťpokračovať, pretože na nahradenie kontaktov vyrobených zo zliatin ušľachtilých a jednoducho drahých kovov sa často používajú zliatiny, v ktorých sú drahé kovy prítomné v malých množstvách(striebro- horčík- nikel, striebro- horčík- nikel- zirkón atď.). Okrem toho v tomto zozname nie je zahrnutých niekoľko zliatin ušľachtilých kovov. Možno ich nájsť v príslušnej literatúre.

Spájky, tavivá a kontaktoly

Spájky, tavivá, kontaktoly sa používajú na vytvorenie mechanicky pevného, hermetického švu alebo trvalého elektrického kontaktu s nízkym prechodovým odporom. Pri spájkovaní sa spájky zahrievajú na teplotu topenia, podľa toho sa zvyčajne delia na dve skupiny- mäkké a tvrdé. TO mäkké spájky- zahŕňajú spájky s teplotou topenia do 300 0 C, a tuhé- nad 300 0 C. Mäkké spájky sú hlavne cín-olovo podľa GOST 21931-76. Ak spájka obsahuje 1– 5% antimónu, nazývajú sa antimón. Najbežnejšie mäkké spájky sú: POS-61, v ktorých 61 % sn, zvyšné % - olovo (teplota kryštalizácie 190 0 C, rezistivitar= 139 μΩ m); POSSu-61-0,5- cín-olovo, nízky obsah antimónu, s obsahom 61% sn, 5 % antimónu, zvyšných %- viesť(teplota kryštalizácie 189 0 C. rezistivitar= 0,140 μΩ m); POSK-5O-18- spájka obsahujúca 50% sn, 18 % kadmium, zvyšné %- viesť(kryštalizačná teplota 145 °C, rezistivitar= 0,133 μΩ m). Tieto spájky sa používajú na pocínovanie a spájkovanie inštalačných vodičov.(priemer 0,05- 0,08 mm), špirálové pružiny v elektrických meracích prístrojoch, odporoch, kondenzátoroch, plošných spojoch a pri výrobe polovodičových súčiastok, na pocínovanie a spájkovanie pasívnej časti mikroobvodov a iných prvkov citlivých na prehriatie. Štandardné spájkovacie zliatiny sú meď-zinok a striebro. Prvý musí spĺňať GOST 23 137-78 a druhý- GOST 19738-74. Najbežnejšie z nich sú tieto: PMC-36- medeno-zinková spájka s obsahom 36% C u, ostatné %- zinok(kryštalizačná teplota 950 0 С, používa sa na spájkovanie mosadze s obsahom medi do 64%) ; RPS-25 a až RPS-70- strieborné spájky obsahujúce od 25 do 70 % A g, meď- od 40 do 26 %, zinok- od 35 do 4% (ich kryštalizačná teplota je asi 600 ° C).- 750 °C).

Používa sa na spájkovanie hliníka špeciálne spájky. Z nich je najbežnejší P425A (teplota topenia 415 - 425 0 C), ktorý obsahuje 19 - 21% M, 14 - 16% C u, 64 – 66 % Zn; PSILO (silumin), pozostávajúce z 90 - 87 % A1 + 10 – 13 % Si(teplota topenia 577 0 С); AVIA-1- zliatina. ktorý obsahuje55 % sn, 20 % C d, 22 % Zn, (bod topenia 200 0 С). Pri spájkovaní hliníka nízkoteplotné spájky (AVIA-1 a ďalšie.) jeho povrch musí byť najskôr potiahnutý niklom. Fosforové spájky Typy MFI a iné s obsahom fosforu v zliatine(S u- R) od 8,5 do 10 %, s teplotou topenia 725 - 850 °C, samovoľný, t.j. sú spájkované bez použitia tok. Ich nevýhodou je krehkosť švu. Ocele nie sú vhodné na spájkovanie. Používajú sa na spájkovanie medených, mosadzných, bronzových dielov pracujúcich v režimoch malého statického zaťaženia. Niekedy sa používa ako spájka čisté kovy. Napríklad, kadmium používa sa na spájkovanie a cínovanie niklu, čistý cín na pocínovanie a tvrdé spájkovanie medi a jej zliatin, mäkkej ocele a platiny a čistá meď- na spájkovanie mäkkej ocele a niklu.

Ako tokov používa sa veľmi veľké množstvo materiálov. Vymenovanie tokov- odstrániť kontamináciu a oxidy z povrchu spájkovaných kovov, znížiť povrchové napätie roztavenej spájky, chrániť povrch kovu a spájky pred oxidáciou pri spájkovaní. tavivá rozdelené do niekoľkých skupín podľa rôznych charakteristík. tavivá, používané pri spájkovaní mäkké spájky hlavne s aktívnymi anorganickými látkami.

Aktívne toky. Tie obsahujú:

kolofónia (24 %), chlorid zinočnatý (4 %), etylalkohol (72 %)- na spájkovanie železných, neželezných a drahých kovov(zvyšky taviva sa musia odstrániť rozpúšťadlom);

kolofónia (16%), chlorid zinočnatý (4%), technická vazelína (80%), - pri spájkovaní železných a neželezných kovov(šev je pevný, ale vyžaduje veľmi dôkladné opláchnutie) pre produkty s jednoduchou konfiguráciou;

chlorid zinočnatý (1,4%), glycerín (3%), etylalkohol (4%), destilovaná voda (91,6%) - pri spájkovaní platiny, jej zliatin a niklu s následným dôkladným umytím vo vode;

tavivo na spájkovanie hliníka a jeho zliatin(chlorid bárnatý - 4%. chlorid draselný– 29 %, chlorid sodný– 19 %. fluorid vápenatý -4 %) - spájkovanie spájkami značiek AVIA-1 a AVIA-2.

Pri spájkovaní tvrdé spájky zvyčajne sa používa niekoľko značiek tavív. Najpopulárnejšie z nich:

F70A(teplota topenia 370 °C) určený na spájkovanie hliníka, jeho zliatin, medzi sebou aj s inými kovmi (chlorid draselný - 33 - 37% chlorid lítny– 40 - 41 %. hydrobór draselný– 2 – 29 %);

F8OOSt(bod topenia 800 0 С) určený na spájkovanie nehrdzavejúcich ocelí, žiaruvzdorných zliatin s mosadzou a inými tvrdými spájkami(teplota topenia 850 - 1100 0 С). Takouto spájkou je bórax (tetraboritan sodný 100%).

tavivá môže byť pevné látky (soli, oxidy, kysveľa), pasty a rastzlodejránoAsoli a kyseliny. Veľmičastotokov sú vyrobené lokálne, takže značky nedodržiavajú normy. V stupňoch toku písmená znamenajú: F- tok, K- kolofónia, Sp- alkohol, P- guliesterová živica, U- kyselina octová, M- kyselina mravčia, -X chloridové soli atď.

Kontaktoly (inak elektricky vodivé lepidlo) sa týka nízko-nízkych alebo pastovitých kompozícií rôznych syntetických živíc používaných ako vodivé lepidlá a povlaky. Vodivé plnivo je jemne rozptýlený hrášok z kovov alebo grafitu. rozpúšťadlá sa používajú na kontrolu viskozity. Polymérne spojivá určujú nízku hustotu, vysokú pevnosť a elasticitu, ako aj dobré adhézne vlastnosti elektricky vodivých kompozícií. Elektrické vlastnosti sú určené vlastnosťami dispergovaného plniva- jeho elektrickej vodivosti, koncentrácie, tvaru a veľkosti častíc je v súčasnosti známych viac ako 50 druhov kontaktolov. Najvyššiu vodivosť a stabilitu vlastností majú kontaktoly s obsahom striebra. Používajú sa na lepenie povrchov striebra, medi, skla, keramiky. Ak je striebro vopred ošetrené roztokmi mastných kyselín, potom sa takéto lepidlo používa na montáž prvkov rádiovej elektroniky, ako sú závitové odpory, fotorezistory a iné prvky. Niektoré lepidlá s vysokou teplotnou odolnosťou a dlhou životnosťou sa používajú pri výrobe keramických kondenzátorov a na montáž integrovaných obvodov. A kontaktol K-20 má maximálnu elektrickú vodivosť pre takéto materiály (r= 0,5 µOhm m). Druhy a špecifikácie niektorých vodivých lepidiel sú uvedené nižšie:

lepidlo značky K-17: plnivo- striebro,r= 1 - 2 µOhm m, teplota vytvrdzovania 170- 200 °C, maximálna prevádzková teplota- 200 0 C, životnosť 6 mesiacov;

Lepidlo K-20: rovnaké plnivo, teplota vytvrdzovania 20- 80 0 C, maximálna prevádzková teplota 80 0 C, životnosť 6 mesiacov.

Nekovové vodiče

Nekovové vodiče, napríklad uhlíkaté materiály sú široko používané v elektrotechnike. Od uhlia vyrábajú elektródy do reflektorov, anódy pre galvanické články, kefy pre elektrické stroje, vysokoodporové odpory, zvodiče pre telefónne siete, uhlíkové prášky sa používajú v mikrofónoch a pri výrobe bezdrôtových odporov. kefy sú vyrobené z grafitu, koksu, sadzí, uhlia a syntetické dechty pôsobia ako spojivo. na zvýšenie elektrickej vodivosti v kefách sa často používajú práškové kovy, meď s prídavkom olova, cínu a striebra. Uhlíkové materiály, okrem sadzí a grafitu, sú predkalcinované, aby sa odstránili prchavé zložky; po zmiešaní s kovovým práškom a spojivom sa polotovary lisujú a potom sa vyrezávajú kefy. Pre odolnosť sú kefy spekané v neoxidačnej atmosfére pri teplote cca1300 °C.Niektoré typy kief sú podrobené grafitizácii pri 2500- 3000 0 C v neoxidačnej atmosfére, na premenu koksu a sadzí na grafit a odstránenie nečistôt. Poslednou operáciou je impregnácia kief živicou alebo ponožkou na zvýšenie odolnosti proti vlhkosti a zníženie koeficientu trenia. Zvýšenie mechanickej pevnosti kief a zvýšenie elektrickej vodivosti sa dosiahne impregnáciou kief roztavenými kovmi.

Hlavné technické parametre kief sú: rezistivita, prípustná prúdová hustota, prípustná lineárna rýchlosť. Niekedy sa berie do úvahy aj pokles napätia na kefách a špecifický tlak.

V súčasnosti sa rozlišujú uhlíkovo-grafitové kefky(UG), grafit (G), elektrografit(EG) a meď-grafit(M a MG) s obsahom práškovej medi uvedeným v tabuľke 3.2).

Tabuľka 3.2. Parametre elektrických kefiek

typ štetca	Oud. odpor., mkOhm m	Dodatočná prúdová hustota, mA/m	Dodatočný riadok rýchlosť, m/s
G	10 - 46	7 - 11	12 – 25
UG	18 - 60	6 - 8	10 – 15
EG	10 - 45	9 - 11	25 – 45
M	Od 0.05	12 - 20	12 – 25
MG	Až do 1.2	12 - 20	12 - 25

Elektrické kefy sa používajú v elektrických strojoch na rôzne účely a výkon, vrátane vysokorýchlostných strojov s prstencami na napájanie alebo odvádzanie prúdu.

B. Látky s bezplatnými poplatkami.

Aké látky sa nazývajú dielektriká?

A. Látky s viazanými nábojmi.

Aká je hlavná charakteristika materiálu vodiča?

B. Odpor.

Aké sú hlavné charakteristiky dielektrika?

A. Dielektrická konštanta.

Čo je odpor?

B. Odpor vodiča dlhého 1 m s plochou prierezu rovnajúcou sa 1 m 2.

Aká je elektrická vodivosť vodiča?

B. Hodnota nepriamo úmerná odporu vodiča.

Čo je elektrická vodivosť?

B. Hodnota nepriamo úmerná odporu vodiča.

V akých jednotkách sa meria odpor vodiča?

V akých jednotkách sa meria merný odpor vodiča?

B. ohm. meter.

V akých jednotkách sa meria elektrická vodivosť?

A. Siemens.

Aká je merná jednotka pre elektrickú vodivosť?

W. Siemens/m.

Čo je dielektrická konštanta?

C. Pomer intenzity elektrického poľa vo vákuu k intenzite elektrického poľa v dielektriku.

Čo sa nazýva intenzita elektrického poľa?

B. Sila pôsobiaca na jednotkový náboj.

Aký je smer elektrického poľa?

B. Od kladného náboja k zápornému náboju.

Čo sa deje vo vodiči umiestnenom v elektrickom poli?

B. Kladné elektrické náboje sa pohybujú pozdĺž sily elektrického poľa.

Aký je smer vlastného poľa vodiča umiestneného vo vonkajšom elektrickom poli?

B. Vlastné pole je nasmerované proti vonkajšiemu elektrickému poľu.

Čo je elektrický dipól?

B. Systém dvoch elektrických nábojov rovnakých v absolútnej hodnote, umiestnených v určitej vzdialenosti.

Čo je to dipólový moment?

B. Súčin súčtu dipólových nábojov a vzdialenosti medzi nábojmi.

Aká je jednotka dipólového momentu?

Aký je smer dipólového momentu?

B. Od negatívneho náboja k pozitívnemu.

Čo sa stane s nepolárnou dielektrickou molekulou umiestnenou vo vonkajšom elektrickom poli?

A. Elektrónový oblak sa pohybuje v smere vonkajšieho elektrického poľa.

Čo sa stane s polárnou dielektrickou molekulou umiestnenou vo vonkajšom elektrickom poli?

B. Dipól je orientovaný tak, že jeho dipólový moment smeruje pozdĺž sily vonkajšieho poľa.

Čo sa deje v polárnom dielektriku umiestnenom vo vonkajšom elektrickom poli?

A. Orientáciou molekúl v dielektriku vzniká vlastné elektrické pole, nasmerované proti vonkajšiemu.

Ktoré dielektrikum má väčšiu vnútornú intenzitu poľa počas polarizácie?

B. Pri polárke.

Aká je amplitúda kmitania?

B. Najväčšia odchýlka od rovnovážnej polohy.

Čo určuje počiatočnú fázu kmitania?

D. Množstvo posunutia v akomkoľvek danom čase.

423. Rovnicu harmonických kmitov možno zapísať vo forme aj vo forme. Ktorá z týchto rovníc je správna, ak pôvod času zodpovedá rovnovážnej polohe?

444. Vznikajú vynútené vibrácie:

B. Pod vplyvom akejkoľvek premenlivej sily.

445. Pri rezonancii amplitúda vynútených kmitov:

A. Dosahuje maximálnu hodnotu.

446. Pri absencii odporu v oscilačnom obvode vzniká rezonancia:

A. Keď sa frekvencia hnacej sily zhoduje s vlastnou frekvenciou obvodu.

447. Vlastné oscilácie sa nazývajú:

A. Nepretržité oscilácie existujúce v systéme v prítomnosti premenlivého vonkajšieho vplyvu.

448. Príkladom samooscilačného systému je:

B. Srdce.

B. Generátor elektromagnetických kmitov.

D. Všetky odpovede sú správne.

Vo vzostupnom poradí vlnovej dĺžky usporiadajte elektromagnetické žiarenie rôznej povahy: 1) Infračervené žiarenie z kachlí na drevo. 2) Röntgenové žiarenie. 3) Viditeľné žiarenie zo Slnka. 4) Žiarenie mikrovlnných rúr.

Usporiadajte v poradí zvyšujúcej sa frekvencie nasledujúce elektromagnetické žiarenie: 1) rádiové vlny; 2) gama žiarenie; 3) viditeľné svetlo; 4) ultrafialové žiarenie.

471. Pri prechode elektromagnetickej vlny zo vzduchu do vody vlnová dĺžka:

B. Znižuje sa.

472. Keď elektromagnetická vlna prechádza zo vzduchu do vody, frekvencia:

B. Zvyšuje sa.

Aký pohyb elektrického náboja spôsobuje vyžarovanie elektromagnetických vĺn?

G. Pri akomkoľvek pohybe so zrýchlením.

sušiace lepidlá (silikátové lepidlo, kazeín, lepidlo na drevo, PVA lepidlo, škrobová pasta, nairit, 88-HT...)

nevysychajúce lepidlá (napríklad na báze kolofónie), tavné lepidlá,

spojivá na báze polymerizovateľných kompozícií - anorganické, napríklad aluminofosfátové spojivá (APS) a organické, polymerizovateľné kompozície (kyakrín, epoxidová živica)

Niektoré lepidlá, ako napríklad lepidlo BF, patria súčasne do kategórie sušiacich a polymerizujúcich kompozícií.

Zloženie

anorganické (roztoky, taveniny, ako aj spájky, najmä - polymérne kompozície typu "lepidlo-spájka")

organické (roztoky, taveniny, polymerizujúce)

Základom organického lepidla hlavne syntetické oligoméry a polyméry (napr. fenolformaldehydové, epoxidové, polyesterové živice, polyamidy, polyimidy, polyuretány, organokremičité polyméry, kaučuky a pod.) vytvárajú adhézny film v dôsledku stuhnutia po ochladení (termoplastické lepidlá), vytvrdzovaní ( termosetové lepidlá) alebo vulkanizácia (gumové lepidlá); týmto procesom niekedy predchádza prchanie rozpúšťadla.

Pre anorganické lepidlá patrí aluminofosfát, keramika (základ - oxidy horčíka, hliníka, kremíka, alkalické kovy), kremičitan (základ - draselné alebo sodné tekuté sklo), kov (základ - tekutý kov, napr. ortuť).

Podľa fyzikálneho stavu môžu byť lepidlá tekuté (roztoky, emulzie, suspenzie) alebo tuhé (filmy, tyčinky, granuly, prášky); posledné uvedené sa používajú vo forme taveniny alebo sa nanášajú na vyhrievané povrchy.

Podľa dohody

vodivá vysoká odolnosť s grafitovým práškom

pre potreby domácnosti

pre kožu

na drevo

papiernictvo

univerzálny

Aké látky sa nazývajú vodiče? Aké materiály sa nazývajú vodivé? Uveďte definíciu v súlade s GOST. Uveďte definíciu vodičov podľa teórie pásma.

Definícia v súlade s GOST.

Vodič je látka, ktorej hlavnou elektrickou vlastnosťou je elektrická vodivosť.

Materiál vodiča - materiál, ktorý má vlastnosti vodiča a je určený na výrobu káblových výrobkov a častí vedúcich prúd.

ZÓNOVÁ TEÓRIA

Vodiče - vodivé pásmo a valenčné pásmo sa prekrývajú a tvoria jeden pás, nazývaný vodivý pás, takže elektrón sa môže medzi nimi voľne pohybovať po prijatí akejkoľvek prípustnej malej energie. Keď sa teda na pevné teleso aplikuje potenciálny rozdiel, elektróny sa budú môcť voľne pohybovať z bodu s nižším potenciálom do bodu s vyšším, čím sa vytvorí elektrický prúd. Vodiče zahŕňajú všetky kovy.

Aké látky sa nazývajú polovodiče? Aké materiály sa nazývajú polovodiče?

Uveďte definíciu v súlade s GOST.

Uveďte definíciu polovodičov podľa teórie pásma.

V súlade s GOST

Polovodič- látka, ktorej hlavnou vlastnosťou je silná závislosť jej elektrickej vodivosti od vplyvu vonkajších faktorov. Poznámka. vonkajšie faktory v tomto prípade zahŕňajú teplotu, elektrické pole, svetlo atď.

polovodičový materiál– materiál určený na využitie jeho polovodičových vlastností.

Teória zón vysvetľuje polovodičové vlastnosti pevných látok na základe jednoelektrónovej aproximácie a distribúcie hladín elektrónovej energie vo forme povolených a zakázaných pásiem. Energetické hladiny elektrónov zúčastňujúcich sa na kovalentnej väzbe tvoria vrchol vyplnených povolených pásov (valenčný pás). Ďalším povoleným pásmom z hľadiska energie, ktorého hladiny nie sú vyplnené elektrónmi, je vodivostné pásmo. Energetický interval medzi "spodnou" E s(minimálna energia) vodivého pásma a "stropu" EÚ(maximálne) valenčného pásma tzv. pásmová medzera D E(pozri obr.). Pre rôzne polovodičov pásmový rozdiel sa mení v širokom rozsahu. Áno, o T: 0 KD E= 0,165 eV v PbSe a 5,6 eV v diamante.

Valenčné pásmo (kruhy s plus - diery) a vodivé pásmo (kruhy s mínus - vodivé elektróny): E c je spodná časť vodivého pásma, E V - strop valenčného pásma, D E- zakázané pásmo, D a A-úrovne donoru a akceptora.

Tepelný pohyb prenáša časť elektrónov do vodivého pásma; v tomto prípade sa vo valenčnom pásme objavujú diery - kvantové stavy neobsadené elektrónmi. Elektróny zvyčajne zaberajú úrovne blízko dna E s vodivé pásy a otvory sú úrovne umiestnené v blízkosti stropu E V valenčnej zóny. Vzdialenosti od týchto úrovní, resp E s A E V rádu tepelnej pohybovej energie k T, t.j. oveľa menšia ako šírka povolených zón ( k je Boltzmannova konštanta). Lokálne porušenia ideality kryštálu (atómy nečistôt, voľné miesta a iné defekty) môžu spôsobiť tvorbu povolených lokálnych energetických hladín v rámci zakázaného pásma.

Pri teplotách blízkych 0 K, všetky vlastné elektróny polovodič sú vo valenčnom pásme, ktoré ho úplne vyplňujú, a elektróny nečistôt sú lokalizované v blízkosti nečistôt alebo defektov, takže neexistujú žiadne voľné nosiče náboja. Keď sa teplota zvyšuje, tepelný pohyb „vrhá“ prevažne elektróny donorových atómov nečistôt do vodivého pásma, pretože ionizačná energia donoru je menšia ako zakázaný pás. Koncentrácia elektrónov vo vodivom pásme je mnohonásobne väčšia ako koncentrácia dier vo valenčnom pásme. Za takýchto podmienok sa elektróny nazývajú väčšinové nosiče v polovodičn-typ, podobne ako diery - hlavné nosiče v polovodičR-typ. Po úplnej ionizácii všetkých donorov je dominantným procesom vyvrhnutie vlastných elektrónov z valenčného pásma do vodivého pásma. Pri určitej teplote sa ich koncentrácia vo vodivom pásme stáva porovnateľnou s koncentráciou elektrónov nečistôt a potom je mnohonásobne väčšia. Toto je teplotná oblasť vlastnej vodivosti polovodič keď koncentrácia elektrónov P a diery R prakticky rovnaké.

Vzhľad dvojice vodivostný elektrón - diera sa nazýva generovanie nosičov náboja. Možný je aj opačný proces – rekombinácia nosičov náboja, čo vedie k návratu vodivostného elektrónu do valenčného pásma a zániku diery. Rekombináciu nosičov môže sprevádzať uvoľnenie prebytočnej energie vo forme žiarenia, ktoré je základom polovodičových svetelných zdrojov a laserov.

Vodivé elektróny a diery, ktorých vznik bol dôsledkom tepelných výkyvov v podmienkach termodynamickej rovnováhy, sa nazývajú rovnovážne nosiče náboja. Ak existuje vonkajší vplyv na polovodičov(osvetlenie, ožarovanie rýchlymi časticami, vloženie silného elektrického poľa), môže dôjsť k vytvoreniu nosičov náboja, čo vedie k ich nadmernej (relatívne termodynamicky rovnovážnej) koncentrácii. Keď sa objaví v polovodič nerovnovážnych nosičov sa zvyšuje počet aktov rekombinácie a záchytu elektrónov z vodivého pásma po úroveň nečistôt v zakázanom páse ("zachytenie" nosičov). Po ukončení vonkajšieho pôsobenia sa koncentrácia nosičov blíži k rovnovážnej hodnote.

Ľudia mali predstavu o elektrine už dlho. Prvýkrát si tento jav všimli vedci starovekého Grécka, pozorovali ho pri trení semišu o jantárové predmety. Jantár sa v gréčtine nazýva elektrón. Preto sa začalo hovoriť o elektrických javoch, o výskyte elektriny alebo elektrického náboja v tele pri trení.

Štúdie vedcov ako M.Lomonosov, A.Popov, Sh.Coulomb, A.Volta, A.Ampère, G.Ohm, G.Kirchhoff a mnohých ďalších vyústili do zákonov vysvetľujúcich elektrické javy. Objavili sa prvé elektrospotrebiče, zdroje a prijímače elektrickej energie využívané v priemysle. Formovali sa nové smery, oblasti použitia elektriny: elektrotechnika, rádiotechnika, elektronika, telekomunikácie. Elektrina pevne vstúpila do nášho domova.

Všetky látky sú rozdelené do troch hlavných skupín: vodiče, polovodiče a dielektriká.

Dirigenti. Veľmi často môžu elektróny (najmä tie, ktoré sú slabo viazané na jadro atómu) opustiť svoju dráhu a dostať sa do medziatómového priestoru. Takéto elektróny sa nazývajú voľné. Látky, v ktorých medziatómovom priestore sú vždy voľné elektróny, patria a prúd vo vodiči vytvárajú voľné elektróny. Všetky kovy sú zahrnuté. V praxi sú to drôty, káblové jadrá, reléové kontakty, elektrické vlákna. lampy atď.

Patria sem roztoky kyselín, solí a zásad (elektrolytov). V elektrolyte sa neustále tvoria kladné a záporné ióny. Elektrický prúd v elektrolyte nevytvárajú voľné elektróny, ale ióny.

Zo školského kurzu fyziky je elektrický prúd: usmernený pohyb elektrónov vo vodiči alebo usmernený pohyb iónov v elektrolyte. Elektrický prúd existuje vo vodičoch, polovodičoch, ako aj v plynoch, vákuu atď.

Polovodiče. V súčasnosti sú polovodiče široko používané. Ide najmä o kryštály kremíka a germánia. Za normálnych podmienok je v týchto látkach veľmi málo voľných elektrónov a sú zlými vodičmi elektrického prúdu.

Ale pri zahriatí alebo pri pôsobení svetla, elektrického alebo magnetického poľa, rádioaktívneho žiarenia a iných faktorov sa počet voľných elektrónov v polovodiči zvýši a začne viesť elektrický prúd. Táto takzvaná elektrónová alebo dierová vodivosť je charakteristickým znakom polovodičov.

V praxi ide o polovodičové diódy, tranzistory, mikroobvody a oveľa viac.

Dielektrika. Za normálnych podmienok sa v dielektriku nenachádzajú ani voľné elektróny, ani ióny, čo znamená, že nimi neprechádza prúd. V praxi ide o látky ako guma, sklo, sľuda, porcelán a mnohé ďalšie.

sušiace lepidlá (silikátové lepidlo, kazeín, lepidlo na drevo, PVA lepidlo, škrobová pasta, nairit, 88-HT...)

nevysychajúce lepidlá (napríklad na báze kolofónie), tavné lepidlá,

spojivá na báze polymerizovateľných kompozícií - anorganické, napríklad aluminofosfátové spojivá (APS) a organické, polymerizovateľné kompozície (kyakrín, epoxidová živica)

Niektoré lepidlá, ako napríklad lepidlo BF, patria súčasne do kategórie sušiacich a polymerizujúcich kompozícií.